Ein weltweit tätiger Hersteller von Glasbehältern in den Niederlanden lässt nichts unversucht, wenn es um Produktqualität, Betriebszeit und Energieeinsparung geht. Deshalb hat das Unternehmen sein Druckluftsystem, mit dem jährlich mehr als eine Milliarde Glasflaschen und -behälter hergestellt werden, modernisiert.

Um die Druckluftversorgung des Werks zu verbessern, das von Niederdruck- und Hochdruck-Druckluftsystemen versorgt wird, unternahm der Hersteller einen wichtigen ersten Schritt, indem er Luftdurchflussmesser zur Überwachung und Messung der Leistung beider Systeme einsetzte. Die anschließende Planung auf der Grundlage dieser Daten führte zu einer einzigartigen Aufrüstung des Druckluftsystems, die es dem Werk ermöglicht, die Spitzenproduktion von hochwertigen Glasflaschen und -behältern jederzeit aufrechtzuerhalten und gleichzeitig 150.000 US-Dollar pro Jahr an Energiekosten zu sparen. Das Projekt hat sich in weniger als zwei Jahren amortisiert.

Das Hochdruck-Druckluftsystem (oben) und das Niederdruck-Druckluftsystem (unten) des Glasherstellers verwenden einen Druckluftbooster, um Energieeffizienz und Druckstabilität zu erreichen.

Heiße und kalte Maschinenabfüllvorgänge

Die niederländische Abteilung dieses multinationalen Unternehmens, das zu den weltweit führenden Herstellern von Glasbehältern gehört, betreibt in den Niederlanden mehrere Glasproduktionsanlagen. Das Hauptwerk, in dem das Druckluftsystem erneuert werden musste, arbeitet rund um die Uhr an sieben Tagen in der Woche und stellt jährlich 1,3 Milliarden Bierflaschen aus Glas her. Die makellosen Flaschen werden an führende Biermarken und kleine Brauereien in den Niederlanden und anderswo in der Welt geliefert. Die Anlage liefert auch Druckluft an eine benachbarte Glasfabrik, die Weingläser herstellt.

Der Abfüllprozess des Werks beginnt mit dem Hot-End-Verfahren, bei dem Glasrohstoffe in Öfen zu geschmolzenem Glas verarbeitet werden. Bei Temperaturen von bis zu 1.^200oFkommt das Glas in eine Kunststoffstufe, damit es in zylindrische Klumpen geschnitten werden kann, die schließlich zu Glasflaschen und anderen Behältern geformt werden. Die Bierflaschen werden dann in einem automatisierten Blow-and-Blow-Verfahren mit mehreren IS-Maschinen geformt.

In jeder IS-Maschine wird der Külbel mit Druckluft in eine Form gepresst, die ihn in einen "Vorformling" verwandelt, wie die ursprüngliche Form des Bierflaschenhalses und der Flasche selbst genannt wird. Nachdem der Külbel geformt ist, wird er auf die andere Seite der Maschine gedreht, wo sich Ventile öffnen, damit die Druckluft den Külbel in die gewünschte Flaschenform blasen kann. Nach dem Abkühlen wird die Flasche automatisch aus den IS-Maschinen entnommen und zum kalten Ende des Werks befördert, wo die Flaschen geprüft und verpackt werden.

Messung der Leistung von Druckluftsystemen

Das Glaswerk war stets bestrebt, auf der Grundlage seiner eigenen Nachhaltigkeitsziele und denen seiner Kunden Energie zu sparen. Die Konzentration auf Energieeinsparungen führte zu regelmäßigen Aktualisierungen des Druckluftsystems, wie z. B. dem Einsatz eines acht PS starken Gebläses, das einen Bereich des Werks mit Luft versorgt, der nur Niederdruckluft benötigt. Das Gebläse, das das Druckluftsystem zur Bereitstellung der Luft ersetzte, führte zu Energieeinsparungen.

Trotz laufender Verbesserungen am System wussten die Entscheidungsträger jedoch, dass sie den Stromverbrauch des Druckluftsystems des Betriebs noch weiter senken konnten, was die Notwendigkeit einer genaueren Überwachung und Messung der Effizienz des gesamten Systems auslöste. Doch in erster Linie mussten alle Änderungen am System auch der Notwendigkeit einer optimalen Betriebszeit der Anlage Rechnung tragen.

Um die Druckluftverschwendung genau zu messen und die Leistung zu verbessern, installierte VPInstruments (https://www.vpinstruments.com/) insgesamt 20 Luftdurchflussmesser im Druckluftsystem, um die erzeugte Druckluftmenge mit der von den Kompressoren verbrauchten Energiemenge zu messen und zu vergleichen.

Bei den Schraubenkompressoren wurden die Zähler am Auslass installiert, direkt nach den eingebauten Trommeltrocknern. Bei den Zentrifugalmaschinen wurden die Durchflussmesser hinter den einzelnen Trockenmittel-Trocknern installiert. Die Zähler wurden auch an wichtigen Stellen des Rohrleitungssystems installiert.

Im Niederdrucksystem zeigten die Durchflussmesser, dass jeder Zentrifugalkompressor den Glasblasprozess konstant mit einem Druck von 49 psi versorgte. Im Hochdrucksystem hingegen arbeiteten zwei Zentrifugalkompressoren kontinuierlich unter Volllast und lieferten Luft mit einem Druck von 84 psi. Außerdem wurden drei bis vier Schraubenkompressoren im Last-/Entlastungsbetrieb eingesetzt, um je nach Bedarf zusätzliche Luft bereitzustellen. Jeder Schraubenkompressor arbeitete mit einer Auslastung von etwa 70 bis 80 Prozent. Insgesamt lieferte das Hochdrucksystem Druckluft mit einem Druck von 84 bis 87 psi.

Durchflussmesser, die im Druckluftsystem des Glasherstellers installiert wurden, wiesen auf Energieeinsparmöglichkeiten hin.

Eine weitere Analyse des Niederdrucksystems ergab, dass das System überarbeitet werden musste. Jeder Luftkompressor arbeitete unabhängig und ohne Lastverteilung auf der Grundlage des Inputs eines einzigen Drucktransmitters. So lief ein Kompressor unter Volllast, während die andere Einheit mit minimaler Last lief, um die benötigte Luft zu liefern, was zu Abblasen und Energieverschwendung führte, um zu verhindern, dass die Kompressoren in einen Druckstoßzustand geraten.

Eine Bewertung des Hochdrucksystems ergab ebenfalls zusätzliche Energieverschwendung. Die Bewertung während des einmonatigen Normalbetriebs ergab eine beträchtliche Anzahl von Leerlaufstunden und Starts/Stopps bei zwei der Schraubenkompressoren des Hochdrucksystems.

Auf der Grundlage dieser Bewertung ging der Glasbehälterhersteller eine Partnerschaft mit Stork(https://www.stork.com/en/) ein, um die Leistung des Druckluftsystems zu verbessern. Stork, eine Abteilung des weltweit tätigen Ingenieurbüros Flour Corporation, bietet markenunabhängige Dienstleistungen für Turboluftkompressoren an, einschließlich Inspektion, Reparatur, Wartung, Modifikation und Engineering.

System-Upgrade mit Luftkompressor-Booster und Steuerungen

Um den Druck im Niederdrucksystem auf 49 psi zu halten und gleichzeitig die mit dem Druckluftsystem verbundene Energieverschwendung zu reduzieren, installierte Stork einen einstufigen, 200 PS starken Zentrifugal-Druckluftkompressor, der bis zu 2.400 scfm bei 84 psi liefern kann. Außerdem wurde ein Master-Controller installiert, der es dem Druckluftsystem ermöglicht, als ein einziges zusammenhängendes Netzwerk unter Verwendung der von den Luftmengenmessern und Controllern gelieferten Daten zusammenzuarbeiten.

Der Mastercontroller des Druckluftsystems wird zur Optimierung der Leistung der Nieder- und Hochdruck-Druckluftsysteme der Anlage eingesetzt.

Außerdem ersetzte Stork den Ein-Druck-Transmitter durch zwei Transmitter im Niederdrucksystem, um den Luftdruck besser zu messen und die Lastverteilung und Steuerung der Zentrifugalmaschinen zu erleichtern. Im gleichen System wurden auch die Steuerungen der einzelnen Zentrifugalkompressoren durch synchrone Steuerungen ersetzt. Die lokalen Steuerungen sind mit Stundenzählern ausgestattet, um das Abblasen der Zentrifugaleinheiten zu messen.

Der neue Mastercontroller überwacht das gesamte Druckluftsystem und stellt fest, wo die Grenzen der verschiedenen Kompressoren liegen, und passt sie automatisch an, um beide Prozesse effizient mit Luft zu versorgen und gleichzeitig einen stabilen Druck im Niederdrucksystem zu gewährleisten. Der Booster-Kompressor spielt eine ebenso wichtige Rolle für die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems.

System sorgt für stabile und effiziente Luftzufuhr

Heute laufen die beiden Zentrifugalkompressoren des Niederdrucksystems unter Volllast, um den Glasblasprozess mit Luft zu versorgen. Außerdem liefern dieselben Maschinen Luft mit 49 psi an den Booster-Kompressor. Der Booster, der normalerweise ebenfalls unter Volllast läuft, erhöht den Druck von 49 psi auf 84 psi und liefert Luft an das Hochdruck-Druckluftsystem. Auf diese Weise kann die Anlage das Hauptziel erreichen, einen stabilen Druck von 49 psi bei der Luftversorgung des Glasblasbetriebs aufrechtzuerhalten, da die überschüssige Luft aus den Zentrifugalverdichtern in den Booster-Kompressor geleitet wird. Die neue Konfiguration verhindert jedoch auch das Abblasen der Zentrifugalmaschinen im Niederdrucksystem, da überschüssige Luft dem Hochdrucksystem zugeführt wird.

Um eine konstante und zuverlässige Versorgung des Glasblasbetriebs mit Druckluft von 49 psi zu gewährleisten, installierte Stork ein Notventil im Rohrleitungssystem zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruck-Druckluftsystem. Das Ventil ermöglicht den Luftfluss vom Hochdrucksystem zum Niederdrucksystem, wenn einer der Niederdruck-Radialluftkompressoren ausfällt oder gewartet werden muss. Der Master-Controller sorgt dafür, dass die Luft für den Glasblasbetrieb immer auf 49 psi gehalten wird, auch wenn sie vom Hochdrucksystem und dem funktionierenden Zentrifugalkompressor des Niederdrucksystems geliefert wird.

Die Aufrüstung gewährleistet auch einen hocheffizienten Betrieb des Hochdruck-Druckluftsystems. Wie bisher betreibt das Werk die beiden Zentrifugalkompressoren unter Volllast. Mit der zusätzlichen Luft aus dem Booster-Kompressor müssen nun jedoch normalerweise nur noch zwei Schraubenkompressoren mit nahezu voller Leistung betrieben werden, um das Hochdrucksystem, das die übrigen Produktionsprozesse des Werks versorgt, effizient und zuverlässig mit Luft zu versorgen. Wenn die Anlage noch mehr Luft benötigt, fügt das System automatisch einen oder mehrere Schraubenkompressoren hinzu. Auf diese Weise wird die Energieverschwendung vermieden, die in der Vergangenheit durch das Be- und Entladen von bis zu vier Schraubenkompressoren entstand, um den Bedarf des Hochdrucksystems zu decken.

Betriebszeit plus Energieeinsparungen sind ein Gewinn

Mit der kürzlich erfolgten Aufrüstung des Druckluftsystems konnte das weltweit tätige Glasabfüll- und Behälterherstellungsunternehmen sein wichtigstes Ziel erreichen: die Gewährleistung einer zuverlässigen und stabilen Druckluftversorgung für den Glasblasbetrieb, was wiederum die Fähigkeit des Unternehmens stärkt, qualitativ hochwertige Glasflaschen und -behälter bei maximaler Betriebszeit rentabel herzustellen. Die Aufrüstung hat es dem Werk auch ermöglicht, ein ebenso wichtiges Ziel zu erreichen: Energie- und Kosteneinsparungen. Bis heute spart das Werk dank des neu konzipierten Systems 150.000 US-Dollar pro Jahr an Energiekosten. Das Projekt hat sich in weniger als zwei Jahren amortisiert.

VPInstruments Durchflussmesser für Druckluft und technische Gase

Der Werksleiter des Glasbehälterbetriebs sagte, dass die Möglichkeit, das Druckluftsystem zu messen und zu überwachen, entscheidend war, um dem Managementteam das Energieeinsparungspotenzial und den Wert der Investition in die Systemaufrüstung zu demonstrieren. Auf der Grundlage der Ergebnisse des jüngsten Druckluftsystemprojekts setzt der Glasbehälterhersteller die Zusammenarbeit mit Stork und VPInstruments fort, um weitere Energieeinsparungen durch laufende Überwachung und Messung des Druckluftsystems zu erzielen und zusätzliche Strategien zur weiteren Optimierung der Systemleistung zu entwickeln.

Von Mike Grennier, Compressed Air Best Practices® Magazine